快脉冲直线变压器型驱动源（FLTD）是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术，多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能，但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响，确定了电晕针电极的尺寸，之后研究了N2，CO2，SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性，研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明，N2中电晕电流较大且不稳定，空气中电晕电流比N2中低，且电晕放电较为稳定，微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时，气体开关击穿电压随气压升高线性增加，但存在低值击穿，微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时，击穿电压约为197.33 kV，标准偏差占击穿电压比例为1.50%，1% C4F7N /99%N2混合气体在0.15 MPa时，击穿电压约为190.42 kV，标准偏差为0.55%。这表明，微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。
电晕均压 多间隙开关 电晕特性 自击穿特性 corona discharge for voltage balance multi-gap gas switch corona characteristics self-breakdown characteristics 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025012
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
电晕针均压的多间隙气体开关，其各间隙电晕电流一致性会直接影响开关的耐压稳定性。在工作气压0.1，0.2，0.3，0.4 MPa条件下，实验测量了六间隙气体开关在不同电压下的各间隙电晕电流。结果显示，针-板间隙电晕电流明显高于针-杆间隙电晕电流。对针-板间隙进行结构调整并进行三维静电场仿真。对调整结构后的针-板间隙进行电晕电流测试，测试数据的变化趋势与仿真结果相符。基于实验和仿真结果，优化了针-板间隙中电晕针的高度，充电25 kV时，开关各间隙电晕电流的相对标准偏差最大为8%。
直线型变压器驱动器 多间隙气体开关 电晕电流 仿真 linear transformer driver multi-gap gas switch corona current simulation 强激光与粒子束
2017, 29(7): 075003
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
针对800 kA,0.1 Hz重复频率LTD模块设计新的多间隙气体开关，要求在较高工作电压(高于±80 kV)和较低工作系数(低于70%)下抖动优于2 ns。通过电场仿真分析，优化了气体开关电极形状。串联间隙从4个增加为6个，总间隙长度为36 mm，充电±100 kV、触发100 kV时触发间隙场畸变系数为3.98。实验表明，新气体开关静态自击穿性能稳定，动态触发性能可靠。充电±90 kV、工作系数60%时击穿延时40.1 ns，抖动1.3 ns。
直线型变压器驱动器 多间隙气体开关 仿真 自击穿 触发特性 linear transformer driver multi-gap gas switch simulation self-breakdown triggering feature 强激光与粒子束
2017, 29(2): 025007
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
研制了一种电晕放电均压的小型多间隙串联气体开关, 分析了电晕放电在开关工作过程中的作用, 开展了开关自击穿特性、电晕放电伏安特性、针尖烧蚀以及开关寿命测试等特性实验。结果表明: 老练后开关自击穿电压标准偏差小于3.5%, 电晕均压效果明显; 随着放电次数增加, 电晕针尖逐渐钝化, 触发性能变化不大; 开关电晕放电电流随耐受电压升高增大, 增长趋势逐渐变快; 开关充400 kPa干燥空气, ±100 kV工作电压下开关放电50 000次以上, 触发性能稳定, 触发击穿时延抖动约4.3 ns, 自放电概率低于1×10-4。
快脉冲直线变压器驱动源 多间隙串联气体开关 自击穿 伏安特性 电晕放电 烧蚀 fast linear transformers driver multi-gap gas switch self-breakdown voltage-current characteristics corona discharge needle erosion 强激光与粒子束
2016, 28(7): 075009
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
建立了包含开关放电分散性的电路模型，模型通过电压控制开关和自击穿开关模型的结合，可对开关抖动及支路间放电的相互影响进行模拟，利用研制的300 kA单级直线型变压器驱动源(FLTD)模块进行了实验验证，模拟结果与实验相吻合。进而针对设计的20支路FLTD模块建立了电路模型，模拟分析了模块支路开关放电分散性对输出电流峰值和上升沿的影响，模拟结果表明，开关抖动小于5 ns时对模块输出影响较小。
直线型变压器驱动源 同步放电 触发 多间隙串联气体开关 linear transformer driver synchronously discharge triggering multi-gap gas switch 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105001
针对触发脉冲幅值、气体压强和紫外光照射3个因素对多间隙气体开关触发特性的影响规律开展实验研究。实验结果表明:触发电压由50 kV提高到70 kV时，开关触发时延的抖动降低约40%，统计时延的抖动降低约44%，形成时延的抖动变化不大。触发电压继续升高，触发抖动降低的趋势明显减缓。开关工作气压由0.16 MPa提高到0.28 MPa，开关触发时延的抖动增大约1.6倍，统计时延和形成时延的抖动均显著增大。紫外光辐照时间增长，开关触发抖动显著减小，最佳的辐照时间为80~140 ns，开关触发时延的抖动降低约39%。紫外光辐照可以有效降低开关统计时延的抖动，对形成时延影响不大。
多间隙气体开关 触发抖动 统计时延 形成时延 紫外光预电离 multi-gap gas switch trigger jitter statistical delay formative delay ultraviolet pre-ionizing
介绍了一套用于多间隙气体开关光学诊断的光纤探测系统，该系统主要由光纤阵列探测器和沉入式日盲型光纤探测器构成。用该系统研究了多间隙气体开关的详细击穿过程，并分析触发电压、气压及紫外光预电离对开关性能的影响。光纤阵列探测器定时精度小于0.6 ns，脉冲响应3.2 ns；日盲型光纤探测器光谱响应为260~320 nm，通过实验可知，气体开关击穿次序为：3#-2#-1#-4#-5#-6#，统计时延和过压击穿时延占主要部分；提高开关的触发电压、降低开关的工作气压，主要影响开关击穿过程的前半部分，从而降低开关的击穿抖动；如果能够产生强度稳定的紫外光，可以改善开关的抖动性能。
光纤探测器 多间隙气体开关 光学诊断 快前沿直线脉冲变压器驱动源 optical fiber detector multi-gap gas switch optical diagnosis fast linear transformer driver
针对设计的一种堆栈式结构多间隙气体开关，分析了绝缘子污染对开关寿命的影响机理。对绝缘子表面电场分布进行了模拟计算，实验研究了绝缘子污染对开关自击穿电压的影响，得到了开关自击穿电压和绝缘子表面绝缘电阻的变化规律，开关在放电电流32 kA实验条件下工作13 000次后，自击穿电压平均值由171.5 kV降低至130.8 kV，绝缘子表面绝缘电阻由200 GΩ下降至22.6 GΩ，绝缘子已无法正常使用。同时提出了提高绝缘子抗污染能力、延长绝缘子寿命的措施和方法。
快前沿直线脉冲变压器 多间隙气体开关 自击穿电压 绝缘子 fast linear transformer driver multi-gap gas switch self-breakdown voltage insulator
针对12支路并联的快前沿直线脉冲变压器单级模块，给出了模块的电路结构和关键器件参数，实验获得了12只多间隙气体开关的自击穿特性和触发特性。同时,还给出了快前沿直线脉冲变压器模块输出电流的初步实验结果，工作电压150 kV时，次级短路放电电流幅值为235 kA，电流前沿88.2 ns（10%~90%）。次级带0.58 Ω负载情况下，输出电流幅值114.5 kA，电流前沿88.9 ns（10%~90%）。利用微分环测量了12只开关的触发时延分散性，结果表明100次实验开关触发时延分散性近似符合正态分布,开关触发时延分散性对输出电流的影响不大，电流幅值和前沿的标准偏差分别小于2.0%，4.0%，电流波形的畸变主要以平顶为主。
快前沿直线脉冲变压器 单级模块 多间隙气体开关 微分环 触发时延分散性 fast linear transformer driver stage single-stage module multi-gap gas switch differential loop discharge synchronization 强激光与粒子束
2011, 23(12): 2426
针对一种用于快前沿直线脉冲变压器驱动源的多间隙气体开关，设计了针式和孔式两种预电离触发结构，获得了两种预电离结构下开关的自击穿特性和触发特性。实验结果表明:增加预电离针后，开关静态特性没有明显变化，开关自击穿电压平均值变化幅度小于3%;开关触发特性明显改善，开关工作电压150 kV、触发电压60 kV时，触发抖动减小约20%，触发阈值降低5~10 kV。对于针式预电离结构，实验研究了不同触发电压、工作气压、电离间隙距离时紫外光强度的变化规律,结果表明在电离间隙距离1.5~3.0 mm时，开关触发抖动小于2.0 ns，预电离效果明显。
多间隙气体开关 紫外光预电离 自击穿电压 触发抖动 multi-gap gas switch UV pre-ionizing self-breakdown voltage trigger jitter 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2806
